Question

3．硫酸亚铁铵[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]是一种重要的化工原料，用途十分广泛．它可以作净水剂，在无机化学工业中，它是制取其它铁化合物的原料．
【査阅资料】隔绝空气加热至500℃时硫酸亚铁铵能完全分解，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等．
【实验探究】某化学小组选用图1所示部分装置进行实验（部分夹持装置略）
（1）验证分解产物中含有氨气和水蒸气，并探究残留固体成分．
①所选用装置的正确连接顺序为ACBD（填装置的字母序号）．
②A中固体完全分解后变为红棕色粉末，设计实验证明A中残留固体仅为Fe₂O₃，而不含 FeO 或 Fe₃O₄：取少量A中残留固体加入适量稀硫酸使其完全溶解，向溶液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液不褪色，则残留固体是Fe₂O₃而不含FeO和Fe₃O₄．
（2）探究分解产物中的硫氧化物，连接装置A-E-F-B进行实验．
①实验过程中观察到：E中没有明显现象，F中溶液褪色，据此得出的结论是分解产物中有SO₂，没有SO₃．
②实验证明（NH₄）₂Fe（SO₄）₂受热分解除上述产物外，还有N₂生成，写出A中反应的化学方程式2（NH₄）₂Fe（SO₄）₂$\frac{\underline{\;500°C\;}}{\;}$Fe₂O₃+4SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑．
（3）已知BaSO₃、BaSO₄均难溶于水，化学小组利用上述实验分离出的SO₂气体，进行与可溶性钡盐溶液反应的探究实验（图2）．

序号	步骤	现象
I	向图2装置内充SO2气体	G中：有气泡冒出，产生白色沉淀；H中：有气泡冒出，产生白色沉淀；液面上方先略显红棕色，后逐渐消失
Ⅱ	从G、H中过滤出白色沉淀，分别加入稀盐酸中	G、H中的白色沉淀均不溶解

①步骤Ⅱ的现象说明实验中产生的白色沉淀是BaSO₄（填化学式）．
②关于G中有白色沉淀产生的原因，你认为可能是由于装置中的氧气参加了反应．
③写出H中发生反应的离子方程式3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．

Answer 1

分析 实验I验证分解产物中含有氨气和水蒸气，选择装置A先通入氮气排净装置中的空气，加热分解硫酸亚铁铵，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等，通过装置C中无水硫酸铜检验生成的水，再通过装置B中的足量碱石灰除去水蒸气、硫的氧化物，通过装置D检验氨气的生成，通入后溶液变红色说明生成气体中含氨气；
验Ⅱ乙同学为探究分解产物中的硫氧化物，连接装置A-E-F-B进行实验，E中没有明显现象，F中溶液褪色，可说明生成硫氧化物为二氧化硫，没有生成三氧化硫，碱石灰用于吸收二氧化硫，防止污染空气，以此解答该题，
（1）①实验I验证分解产物中含有氨气和水蒸气，选择装置A先通入氮气排净装置中的空气，加热分解硫酸亚铁铵，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等，通过装置C中无水硫酸铜检验生成的水，再通过装置B中的足量碱石灰除去水蒸气、硫的氧化物，通过装置D检验氨气的生成，通入后溶液变红色说明生成气体中含氨气；
②设计实验利用亚铁离子具有还原性可以使酸性高锰酸钾溶液褪色设计；
（2）①E中含HCl的BaCl₂溶液没有明显现象，说明无硫酸钡沉淀生成，证明分解产物中无三氧化硫生成，二氧化硫具有漂白性能使品红溶液褪色；
②实验证明（NH₄）₂Fe（SO₄）₂受热分解生成氨气、二氧化硫、氧化铁、水，还有N₂产生，结合原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式；
（3）向图2装置内充SO₂气体，G中：有气泡冒出，产生白色沉淀；H中：有气泡冒出，产生白色沉淀；液面上方先略显红棕色，后逐渐消失，从G、H中过滤出白色沉淀，分别加入稀盐酸中，G、H中的白色沉淀均不溶解，说明白色沉淀为硫酸钡沉淀，G中：有气泡冒出，产生白色沉淀可能是装置内的氧气氧化二氧化硫生成硫酸的原因，H中二氧化硫通入硝酸钡溶液发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀、一氧化氮和水，一氧化氮和装置内压强反应生成红棕色气体二氧化氮后消失是二氧化氮溶于水生成一氧化氮．

解答 解：（1）①实验I验证分解产物中含有氨气和水蒸气，选择装置A先通入氮气排净装置中的空气，加热分解硫酸亚铁铵，分解产物中含有铁氧化物、硫氧化物、氨气和水蒸气等，通过装置C中无水硫酸铜检验生成的水，再通过装置B中的足量碱石灰除去水蒸气、硫的氧化物，通过装置D检验氨气的生成，通入后溶液变红色说明生成气体中含氨气，所选用装置的正确连接顺序为ACBD，
故答案为：ACBD；
②设计实验证明A中残留固体仅为Fe₂O₃，而不含FeO或Fe₃O₄，设计实验利用亚铁离子具有还原性可以使酸性高锰酸钾溶液褪色设计，取少量A中残留固体加入适量稀硫酸使其完全溶解，向溶液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液不褪色，则残留固体是Fe₂O₃而不含FeO和Fe₃O₄，
故答案为：取少量A中残留固体加入适量稀硫酸使其完全溶解，向溶液中滴加少量酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液不褪色，则残留固体是Fe₂O₃而不含FeO和Fe₃O₄；
（2）①E中含HCl的BaCl₂溶液没有明显现象，说明无硫酸钡沉淀生成，证明分解产物中无三氧化硫生成，二氧化硫具有漂白性能使品红溶液褪色，F中溶液褪色说明有二氧化硫生成，
故答案为：分解产物中有SO₂没有SO₃；
②实验证明（NH₄）₂Fe（SO₄）₂受热分解生成氨气、二氧化硫、氧化铁、水，还有N₂产生，结合原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为2（NH₄）₂Fe（SO₄）₂$\frac{\underline{\;500°C\;}}{\;}$Fe₂O₃+4SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑，
故答案为：2（NH₄）₂Fe（SO₄）₂$\frac{\underline{\;500°C\;}}{\;}$Fe₂O₃+4SO₂↑+2NH₃↑+N₂↑+5H₂O↑．
（3）向图2装置内充SO₂气体，G中：有气泡冒出，产生白色沉淀；H中：有气泡冒出，产生白色沉淀；液面上方先略显红棕色，后逐渐消失，从G、H中过滤出白色沉淀，分别加入稀盐酸中，G、H中的白色沉淀均不溶解，说明白色沉淀为硫酸钡沉淀，G中：有气泡冒出，产生白色沉淀可能是装置内的氧气氧化二氧化硫生成硫酸的原因，H中二氧化硫通入硝酸钡溶液发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀、一氧化氮和水，一氧化氮和装置内压强反应生成红棕色气体二氧化氮后消失是二氧化氮溶于水生成一氧化氮，
①步骤Ⅱ的现象说明实验中产生的白色沉淀是BaSO₄，
故答案为：BaSO₄；
②关于G中有白色沉淀产生的原因，可能是由于装置中的氧气参加了反应，
故答案为：装置中的氧气参加了反应；
③H中二氧化硫通入硝酸钡溶液发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀、一氧化氮和水，一氧化氮和装置内压强反应生成红棕色气体二氧化氮后消失是二氧化氮溶于水生成一氧化氮，反应的离子方程式为：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+3Ba²⁺+2NO₃^-+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．

点评 本题考查了物质组成的实验探究和实验设计，为高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，主要是实验基本操作、物质性质的理解应用，题目难度中等．